近年來，隨著國家經(jīng)濟的飛速發(fā)展，作為國家現(xiàn)代化程度標志的機器人技術(shù)也得到了越來越多的應(yīng)用。經(jīng)過多年的努力，首鋼莫托曼機器人有限公司（以下簡稱“首鋼莫托曼”）在機器人系統(tǒng)尤其是弧焊方面的技術(shù)積累了豐富的經(jīng)驗，使其在實際生產(chǎn)中得到很好的應(yīng)用。下面以轎車排氣零部件的生產(chǎn)為例，簡單介紹首鋼莫托曼弧焊機器人系統(tǒng)的功能和特點。

　　弧焊工藝分類

　　排氣系統(tǒng)是排放和消聲的重要部分，主要由歧管、催化凈化器、波紋管、中消和后消等部件組成。主要功能是把發(fā)動機在燃燒過程中產(chǎn)生的廢氣從多個氣缸內(nèi)收集、通過催化凈化器凈化并消聲后引到車后排放。其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　按照主要功能模塊距離發(fā)動機的遠近，排氣系統(tǒng)可劃分為熱端和冷端兩部分。

　　熱端部分直接連接發(fā)動機排氣口，主要包括歧管、凈化器、波紋管、二級凈化器以及掛鉤法蘭等附屬部件。因其所處底盤位置空間緊湊，所以其部件外形變化較大，焊縫分布復(fù)雜。同時，因其主要功能為凈化尾氣，故焊縫密封性要求高。

　　冷端部分承接熱端，主要包括中消、后消以及掛鉤法蘭等附屬部件。冷端總成通常尺寸較長，焊縫多為小直徑環(huán)縫。當(dāng)后消聲器包為焊接結(jié)構(gòu)時，通常要求壓裝焊接，其焊縫量較大。消聲器包進出氣管處焊縫為三層薄板焊接，焊縫成形要求高。

　　焊接單元的典型布局

　　排氣零部件機器人焊接單元主要由弧焊機器人、焊接設(shè)備、清槍剪絲機構(gòu)、變位機、焊接夾具、安全防護系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、工件檢測設(shè)備以及物流系統(tǒng)等組成。按照不同種類工件的焊接特性，其布局形式主要有以下幾種：

　　1. 彎管類歧管焊接單元布局

　　彎管類歧管的焊縫空間分布較復(fù)雜，需要使用2臺機器人協(xié)調(diào)焊接或應(yīng)用雙軸變位機取得合適的焊接姿態(tài)。其布局如圖3和圖4所示。

　　2. 沖壓半殼類歧管、凈化器和波紋管焊接單元布局

　　沖壓半殼類歧管的焊縫主要分布在半殼一側(cè)的弧面上，應(yīng)用單軸變位機即可達到合適的焊接位置。此類工件和凈化器、波紋管等尺寸小、焊縫分布單一的工件一起，可使用單座單軸變位機雙工位布局。

　　3. 熱端總成焊接單元布局

　　熱端工件是由歧管、凈化器、波紋管、二級凈化器、掛鉤法蘭等分總成工件焊接在一起的總成工件，是轎車排氣零部件焊接工件中最復(fù)雜的一種，通常需分3～4道工序焊接完成。

　　其多道工序夾具分布在單個機器人焊接單元內(nèi)的緊湊型布局。當(dāng)產(chǎn)量需求大時，可以用多個機器人焊接單元組成U型線，優(yōu)化物流。

　　4. 半殼類消聲器大包焊接單元布局

　　半殼類消聲器大包在焊接過程中需要加壓80kN以上，需要使用可安裝液壓模具的特殊雙軸變位機實現(xiàn)焊接。其布局如圖6所示。

　　5. 冷端總成焊接單元布局

　　排氣系統(tǒng)冷端總成工件通常由法蘭、進出氣管、消聲器大包、掛鉤支架等部件焊接組成。按排量大小需要可分為單、雙系統(tǒng)兩種形式。

　　冷端總成工件的長度通常為2～3m，常用布局為立式翻轉(zhuǎn)3軸變位和水平回轉(zhuǎn)3軸變位兩種。雙系統(tǒng)冷端總成焊縫分布范圍較大，更適用于水平回轉(zhuǎn)3軸變位布局。

　　系統(tǒng)特點

　　首鋼莫托曼機器人有限公司依托日本安川電機MOTOMAN弧焊專用機器人的技術(shù)優(yōu)勢，與全球兩大排氣系統(tǒng)供應(yīng)商FAURECIA和TENNECO緊密協(xié)作，不斷以最新技術(shù)推出優(yōu)質(zhì)的排氣零部件機器人弧焊線和焊接裝備，使其具有技術(shù)領(lǐng)先、系統(tǒng)安全可靠和快換性能強的特點。

　　1. 技術(shù)優(yōu)勢

　　日本安川電機于2001年底研制推出了世界上首臺弧焊專用機器人MOTOMAN-EA1400，并于2002年在中國銷售。EA1400機器人將焊槍電纜與焊槍內(nèi)置在機器人臂中，避免了焊槍電纜和焊槍與周圍物體的相互干擾，使機器人示教過程變得更為簡單，同時大大增強了焊槍的可達性。該機器人一經(jīng)推出，便迅速在汽車車橋、消音器等排氣系統(tǒng)零部件以及座椅骨架等焊接領(lǐng)域受到了好評。多家焊槍生產(chǎn)企業(yè)都為該機器人研制了專用焊槍。目前除了空冷焊槍和伺服焊槍進行焊接以外，還可以使用水冷焊槍實現(xiàn)較高電流的連續(xù)焊接。

　　2007年初，MOTOMAN-SSA2000型機器人問市。SSA2000在保持EA1400結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上大幅提高了軸動作速度，單軸速度同比最大提高40%，焊接速度最大可同比提高15%，成為世界最快的弧焊機器人之一。

　　2008年底，安川公司又推出了新一代機器人控制器DX100，同時將SSA2000機器人進化為世界第一臺7軸弧焊專用機器人MOTOMAN-VA1400。VA1400在傳統(tǒng)工業(yè)機器人第一俯仰臂上增加了1個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，具有冗余的自由度，使機器人本體的機動性和可達性提升到了前所未有的高度。在保持同一焊槍角度的情況下，其他手臂可以自由地采用多種姿態(tài)。焊接過程中不會因為本體和夾具的干涉而改變焊槍和工件的夾角。新的7軸機器人為焊接工裝設(shè)計、生產(chǎn)空間布局以及焊接姿態(tài)優(yōu)化增加了更多的優(yōu)化空間。

　　MOTOMAN機器人不斷推出的領(lǐng)先技術(shù)，使其目前穩(wěn)居弧焊機器人世界年銷售量首位，是首鋼莫托曼在轎車排氣零部件焊接領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)。

　　2. 可靠的安全性能

　　機器人自動焊接技術(shù)為汽車制造業(yè)帶來勞動條件改善、生產(chǎn)能力可控、生產(chǎn)效率更高和產(chǎn)品質(zhì)量有保證等優(yōu)點的同時，也存在著不可忽視的安全隱患?；」廨椛洹⒂泻怏w污染、操作機本體碰撞、變位機動作、夾具壓手等諸多因素對操作工的傷害都時有發(fā)生。

　　首鋼莫托曼設(shè)計制造的排氣零部件機器人弧焊系統(tǒng)在以下幾方面制訂了嚴格的安全標準，為用戶提供了安全可靠的應(yīng)用系統(tǒng)。

　?。?）操作區(qū)域的安全防護設(shè)計。操作區(qū)域與工作維護區(qū)域是否完全隔離，是判斷安全防護空間是否安全的重要指標。安全圍欄的設(shè)計中嚴格要求操作工無法從操作安全區(qū)域直接進入到工作維護區(qū)域。安全圍欄與地面間縫隙小于180mm，確保維護人員只能從維護門進入工作維護區(qū)域。此外，操作工進出操作安全區(qū)域處設(shè)還設(shè)置了光柵保護。當(dāng)操作安全區(qū)域范圍可允許操作工停留時，必須設(shè)區(qū)域掃描傳感器保護。在操作工的正常操作安全區(qū)域與機器人的動作范圍重合時，必須在機器人本體的水平第一軸處增設(shè)原點檢測傳感器。

　?。?）夾具的防夾手安全設(shè)計。在常用的氣動夾具操作順序中，操作工需要安裝完一個零件后，按一個按鈕使氣缸夾緊，此操作過程中，如將手放在夾具上，容易發(fā)生手夾傷事故。

　　為避免此類安全事故，夾具設(shè)計中采用了以下方法：操作工進入安全區(qū)域時，所有夾具控制電磁閥處于中位排氣狀態(tài)，安裝工件散件后，先手動試壓緊，將壓頭按在零件上，所有工件均安裝并試壓緊后，再雙手按動啟動按鈕。此時電磁閥為氣缸供氣，使氣缸夾緊，檢查零件安裝夾緊狀態(tài)，退出操作安全區(qū)域，按預(yù)約啟動鈕啟動焊接。其中，所有的電磁閥均使用三位五通中位排氣型電磁閥，所有夾緊機構(gòu)采用帶手柄可手動自鎖壓緊式夾緊機構(gòu)。例如DESTACO 手柄型。此種夾緊機構(gòu)在斷氣狀態(tài)下可實現(xiàn)手動自鎖壓緊，發(fā)現(xiàn)零件狀態(tài)不合適時，可以再次手動打開。

　　3. 便捷的夾具快換功能

　　便捷的夾具快換功能大大提高了設(shè)備的利用率，使用戶根據(jù)需求可以隨時調(diào)整，減少重復(fù)性投資和設(shè)備閑置。同時，利用快換功能，還可實現(xiàn)在新產(chǎn)品試制和小批量生產(chǎn)階段先投夾具，在現(xiàn)有機器人焊接生產(chǎn)線上生產(chǎn)，批量生產(chǎn)階段前再投新焊接線，有助于提高用戶的資金利用率。

　　首鋼莫托曼在大量的應(yīng)用項目中總結(jié)并作為標準固定了以下幾種夾具快換方式：

　　（1） 整根夾具梁快換的設(shè)計和快換方式。

　　夾具兩側(cè)安裝定位銷，變位機法蘭一側(cè)采用定位銷套，另一側(cè)采用鍵槽的定位方式。連接時，夾具兩側(cè)的定位銷依靠重力插入銷套和鍵槽中定位，連接板兩側(cè)的翻轉(zhuǎn)螺釘壓緊連接板。

　?。?）小件夾具及部件快換的設(shè)計和快換方式。

　　當(dāng)單根夾具梁上夾具的互換性高時，可以使用標準快換式夾具梁，此時夾具梁上的定位銷按標準尺寸分布，小件夾具可用其底板上的標準尺寸定位套與梁配合定位，使用開口快換墊圈快速夾緊。當(dāng)夾具需要更換部件以適應(yīng)不同型號的工件在同一套夾具上生產(chǎn)時，也可使用同樣的結(jié)構(gòu)。

　　應(yīng)用上述快換結(jié)構(gòu)，單套夾具更換時間可控制在10min以內(nèi)。

　　隨著弧焊機器人在汽車工業(yè)的廣泛應(yīng)用，越來越多的人們對它的優(yōu)越性也有了更深的了解。現(xiàn)在，其他應(yīng)用領(lǐng)域?qū)『笝C器人的需求也越來越多，對弧焊機器人的功能也提出了更多的要求。因此，我們也會加強弧焊機器人系統(tǒng)開發(fā)的力度，逐步完善我們的產(chǎn)品，使其在更多的領(lǐng)域發(fā)揮其更大的優(yōu)勢。